火焰检测报警器专业课程设计.doc

广州学院

嵌入式技术应用项目阐明书

（火焰检测报警器）

院（系） 机械工程学院
专 业 机械电子工程
班 级 12机电2班
学生姓名 利齐帅 徐杰龙 林辉 梁庆堂
指引教师 王蕊
成 绩

10 月 10 日

课 程 设 计 任 务 书

兹发给 12机电2 班学生利齐帅、徐杰龙、林辉、梁庆堂 课程设计任务书，内容如下：

1． 设计题目： 火焰检测报警器

2． 应完毕项目：
（1） 设计阐明书计算精确、书写工整，字数不少于3000字；图纸对的清晰，符合制图原则及关于规定。
（2）分组实现原理图设计及有关元器件设计，按规定完毕总体电路。
（3）基于有关电路完毕电路设计、程序设计与实物。
（4）完毕总体内容，实现详细功能。

3． 参照资料以及阐明：
（1）《电子线路CAD与实训》（电子工艺出版社）
（2）《电子工艺技术与实践》（机械工程出版社）
（3）《单片机原理及应用》（清华大学出版社）
（4）集成电路数据手册查询网：
（5）《新概念51单片机C语言教程：入门、提高、开发、拓展全攻略》（电子工业出版社）
4． 本设计任务书于 11月16日发出，应于11月27日前完毕，然后进行答辩。

指引教师 签发 年 11 月 16 日
评语：

总评成绩：

指引教师签字：

年 月 日

目 录

摘 要 4
第一章 绪论 5
第二章 总体内容及设计 6
2.1 总体内容设计及目的 6
2.2 成员及任务 6
第三章 电路设计及元器件选型 7
3.1 AT89C52单片机控制模块电路原理图设计 7
3.2晶振起振模块电路与功能 8
3.3 1602液晶屏显示模块电路原理图设计 9
3.4声音报警模块电路原理图设计 11
3.5红外火焰传感器功能及电路 11
第四章 程序设计 13
4.1输入某些程序 13
4.2输出某些程序 14
4.3定期应用与功能 16
第五章 电路设计及成果 17
第六章 总结 19
参照文献 20

摘 要
本论文以红外火焰检测传感器和单片机技术为核心并与其他电子技术相结合，设计出一种技术水平较好红外火焰检测报警器，用于火焰检测， 可检测 760 纳米～1100 纳米范畴内热源，火焰探测角度为 60°范畴。以STC89C52单片机和Realplay火焰检测传感器为核心设计火焰检测报警器可实现声光报警、1602液晶屏显示报警等功能。是一种构造简朴、性能稳定、使用以便、价格低廉、智能化火焰检测报警器。其中选用红外火焰检测传感器实现各种火焰检测，具备敏捷度高、响应快、抗干扰能力强等长处，并且价格低廉，使用寿命长。选用STC89C52单片机，具备高速、低功耗、超强抗干扰等长处，是当前同类技术中性价比较高产品。本报警装置具备一定实用价值。

核心词：火焰传感器；声光报警器；液晶屏；STC89C52

第一章 绪论
随着经济发展，高层建筑、地下建筑以及大型综合性建筑日益增多火灾隐患也随之增长，火灾发生数量及其导致损失都呈逐年上升趋势，因而，火灾报警系统成为保障人生命财产安全重要因素。
火灾报警系统在国内发展状况是国内火灾报警系统起步较发达国家晚几十年，从上世纪70年代国内才开始研制生产火灾报警系统产品。进入80年代后，国内厂家也多是模仿国外产品，或是引进国外技术进行生产，没有真正意义上核心技术，并且市场也刚刚开始发育。火灾报警产品真正开始发展是在90年代后来，随着政府逐渐开放国门，国外公司开始大量进入中华人民共和国消防市场，带来先进技术同步也增进了市场成熟。这时期，国内生产火灾报警产品公司也得到了迅速发展，某些公司进行了合资生产、技术合伙，获得了不菲成绩，也造就现今市场上许多有实力商家，某些技术已接近赶上了国际水平。
本设计采用红外火焰检测传感器、AT89C52单片机以及1062LED液晶屏显示模块设计一种智能火灾报警器，可以实现声光报警、液晶屏显示有无火源等功能。是一种构造简朴、性能稳定、使用以便、价格低廉、智能化火灾报警器，具备一定实用价值。

第二章 总体内容及设计
2.1 总体内容设计及目的
报警系统重要由数据采集模块、单片机控制模块、晶振起振模块、声光报警模块、液晶屏显示模块、电源模块构成。图2-1为火焰检测报警器系统构造框图。
火焰传感器
信号放大电路
A/D转换电路
电源模块
STC89C52单片机
声光报警
液晶屏显示报警

图2-1 系统构造框图
AT89C52单片机控制模块用于实时监测外部中断电平变化，当红外火焰传感器检测到有火焰时，火焰传感器会输出低电平数字信号，单片机将数据转换为相应数字显示在液晶屏上或声光报警；晶振起振模块为系统提供基本时钟信号； USB下载/电源模块为单片机电源接口，为单片机提供电源及程序烧录。
2.2 成员及任务
成员：徐杰龙、利齐帅、林辉、梁庆堂
任务分派：
徐杰龙：负责总体电路原理图完善，程序流程图设计和编写程序。
利齐帅：负责AT89C52单片机控制模块、电源模块原理图绘制，AT89C52原理图元件。
林辉：查找集成电路数据手册、查找资料。
梁庆堂：负责晶振起振模块、1602液晶屏显示模块原理图绘制

第三章 电路设计及元器件选型
3.1 AT89C52单片机控制模块电路原理图设计
单片机控制模块采用AT89C51芯片作为主控芯片，所谓单片机是将计算机基本部件微型化并集成到一块芯片上，具备独特功能微型计算机，普通片内都具有CPU、ROM、RAM、并行I/O、串行I/O、定期器/计数器、中断控制、系统时钟及系统总线等。单片机全称为单片微型计算机，又称微控制器或嵌入式控制器,是一种可通过编程控制解决器。
如图3-1所示，单片机VCC引脚需要接入+5V电源电压正极，GND引脚需要接入电源电压负极。

图3-1 AT89C52单片机芯片
EA引脚（外部程序存储器访问控制端）是单片机外部程序存储器访问控制端，如果它接高电平VCC，则单片机执行片内部程序存储器中程序，从000H开始终结于0FFFH，并在读取完单片机内部程序存储器0FFFH后自动转向读取外部程序存储器，普通只用单片机内部程序存储器，故接高电平；如果接低电平，则单片机访问所有是外部程序存储器，从0000H开始终结于0000FH。
AT89C51单片机共有P0、P1、P2、P3这4组I/O口，每组有8个I/O口，单片机复位时，这4组I/O口都默认作为输出端口使用。51单片机上电后，如果没有人为地控制其I/O口状态，它所有未控制I/O口都默以为高电平。
① P0口是一种开漏型双向I/O口，其内部没有上拉电阻，为高阻状态，因此不能正常地输出高/低电平，使用该I/O口要接100Ω上拉电阻。P0口具备除普通I/O口外第二重功能—作为低8位地址线。
② P1口是一组准双向8位I/O口，每个口可独立控制，内带上拉电阻，这种接口输出没有高阻状态，输入也不能锁存，故不是真正双向I/O口，之因此称它为“准双向”是由于该口在作为输入使用前，要先向该口进行写1操作，然后单片机内部才干对的读出外部信号。也就是要使其有个“准备过程”，故称其为准双向口。
③ P2口是一组准双向8位I/O口，每个口可独立控制，内带上拉电阻，与P1口相似。P2口具备除普通I/O口外第二重功能—作为高8位地址线。
3.2晶振起振模块电路与功能
晶振作用是为系统提供基本时钟信号。普通一种系统共用一种晶振，便于各某些保持同步。如图3-2所示，XTAL1、XTAL2为时钟信号端，XTAL1为片内振荡电路输入端，XTAL2为片内振荡电路输出端。8051有两种工作方式，一是片内时钟振荡方式，另一种是外部时钟方式。片内时钟振荡电路需在XTAL1、XTAL2这两个引脚外接石英晶体和振荡电容，典型晶振取11.0592MHz(由于可以精确地得到9600波特率和19200波特率,用于有串口通讯场合)/12MHz(产生精准us级时间,以便定期操作)，振荡电容值普通取10pF～30pF瓷片电容。

图3-2 晶振起振模块电路原理图
3.3 1602液晶屏显示模块电路原理图设计
液晶显示原理是运用液晶物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。液晶显示分类办法有诸各种，普通可按其显示方式分为段式、字符式、点阵式等。本设计字符式显示。用LCD显示一种字符时比较复杂，由于一种字符由6×8或8×8点阵构成，既要找到和显示屏幕上某几种位置相应显示RAM区8字节，还要使每字节不同位为“1”，其他为“0”，为“1”点亮，为“0”不亮。这样一来就构成某个字符。但由于内带字符发生器控制器来说，显示字符就比较简朴了，可以让控制器工作在文本方式，依照在LCD上开始显示行列号及每行列数找出显示RAM相应地址，设立光标，在此送上该字符相应代码即可。其电路原理图如图3-3。

图3-3 1602液晶屏显示模块电路原理图
1602采用原则16脚接口，其中：
第1脚：VSS为地电源
第2脚：VDD接5V正电源
第3脚：V0为液晶显示屏对比度调节端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一种10K电位器调节对比度
第4脚：RS为寄存器选取，高电平时选取数据寄存器、低电平时选取指令寄存器。
第5脚：RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。
第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。
第7～14脚：D0～D7为8位双向数据线。
第15～16脚：空脚

1602液晶模块内部控制器共有11条控制指令，如表3-1所示：
表3-1 控制命令表

1602液晶模块读写操作、屏幕和光标操作都是通过指令编程来实现。（阐明：1为高电平、0为低电平）
指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置。
指令2：光标复位，光标返回到地址00H。
指令3：光标和显示模式设立 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S:屏幕上所有文字与否左移或者右移。高电平表达有效，低电平则无效。
指令4：显示开关控制。 D：控制整体显示开与关，高电平表达开显示，低电平表达关显示 C：控制光标开与关，高电平表达有光标，低电平表达无光标 B：控制光标与否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。
指令5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示文字，低电平时移动光标。
指令6：功能设立命令 DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 F：低电平时显示5x7点阵字符，高电平时显示5x10点阵字符。
指令7：字符发生器RAM地址设立。
指令8：DDRAM地址设立。
指令9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表达忙，此时模块不能接受命令或者数据，如果为低电平表达不忙。
指令10：写数据。
指令11：读数据。

3.4声音报警模块电路原理图设计
该设计使用是无源蜂鸣器，如图3-4所示。由于蜂鸣器工作电流普通比较大，以致于单片机I/O 口是无法直接驱动，因此要运用放大电路来驱动，普通使用三极管来放大电流就可以了。声报警电路由单片机P3.4引脚进行控制，当P3.4输出电平为高电平时，三极管导通，蜂鸣器电流形成回路，发出声音报警；否则，三极管截止，蜂鸣器不发出声音。

图3-4 声音报警电路
3.5红外火焰传感器功能及电路
火焰传感器是机器人专门用来搜寻火源传感器，固然火焰传感器也可以用来检测光线亮度，只是本传感器对火焰特别敏捷。火焰传感器运用红外线对对火焰非常敏感特点，使用特制红外线接受管来检测火焰，然后把火焰亮度转化为高低变化电平信号，输入到中央解决器中，中央解决器依照信号变化做出相应程序解决。如图3-5所示。

图3-5 火焰传感器电路原理图
用途： 各种火焰，火源探测
模块特色：
1、可以检测火焰或者波长在760纳米～1100纳米范畴内光源，打火机测试火焰距离为80cm，对火焰越大，测试距离越远
2、探测角度60度左右，对火焰光谱特别敏捷
3 、敏捷度可调（图中蓝色数字电位器调节）
4、比较器输出，信号干净，波形好，驱动能力强，超过15mA
5、配可调精密电位器调节敏捷度
6、工作电压3.3V-5V
7、输出形式 ：DO数字开关量输出（0和1）和AO模仿电压输出
8、设有固定螺栓孔，以便安装
9、小板PCB尺寸：3.2cm x 1.4cm 10、使用宽电压LM393比较器
模块使用阐明：
1 、火焰传感器对火焰最敏感，对普通光也是有反映，普通用做火焰报警等用途。
2、小板输出接口可以与单片机IO口直接相连
3、传感器与火焰要保持一定距离，以免高温损坏传感器，对打火机测试火焰距离为80cm，对火焰越大，测试距离越远
4、小板模仿量输出方式和AD转换解决，可以获得更高精度

第四章 程序设计
4.1输入某些程序
程序流程图如图4-1所示，通电时寄存器初始化、单片机I/O口初始化，液晶屏初始化完毕后停留在一种设定状态，等待信号驱动。
开始
寄存器初始化
单片机I/O口初始化
主函数循环
检测与否有火焰
等待解决、显示

N

Y

图4-1 输入程序流程图
如下为系统初始化过程后显示子程序。
void lcd_pos(BYTE pos)
{ //设定显示位置
lcd_wcmd(pos | 0x80);
}
void lcd_wdat(BYTE dat)
{ //写入字符显示数据到 LCD
while(lcd_bz());
LCD_RS = 1;
LCD_RW = 0;
LCD_EP = 0;
P0 = dat;
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
LCD_EP = 1;
_nop_();
_nop_();
_nop_();
_nop_();
LCD_EP = 0;
}
void lcd_init()
{ //LCD 初始化设定
lcd_wcmd(0x38)； //16*2 显示，5*7 点阵，8 位数据
delay(1);
lcd_wcmd(0x0c)； //显示开，关光标
delay(1);
lcd_wcmd(0x06)； //移动光标
delay(1);
lcd_wcmd(0x01)； //清除 LCD 显示内容
delay(1);
}

4.2输出某些程序
程序流程图如图4-2所示，程序开始运营时，定义液晶屏显示数组，程序进入主函数，执行显示指令，当有火焰时，火焰传感器输出低电平信号0，单片机依照数据信号传送到液晶屏相应I/O口，显示相应数组。

开始
初始化液晶屏，电源灯亮
从火焰传感器采集信号
与否检测到火焰
蜂鸣器不响，液晶显示“TEST……..Safe”，LED灯不亮
蜂鸣器报警，液晶显示“TEST……..Fire”，LED灯亮。

Ｙ Ｎ

图4-2 输出程序流程图
如下为液晶屏显示函数内容。
if(warning == 0) //有光照时传感器输出低电平
{
//delay(300);
if(warning == 0)
{
i=0;
while(Fire[ i ] != '\0')
{
lcd_pos(0x43+i);
lcd_wdat(Fire[i]);
i++;
delay(30);
}
for(i=0;i<3;i++)
{
beep = 0;
delay(200);
beep = 1;
delay(200);
}
}
}
//////////////////////////////////////////
if(warning == 1)
{
// delay(300);
if(warning == 1)
{
i=0;
while(Safe[ i ] != '\0')
{
lcd_pos(0x43+i);
lcd_wdat(Safe[i]);
i++;
delay(30);
}
beep = 1;
// delay(300)；
}
}
}
break;
4.3定期应用与功能
本次设计重要使用了_nop_延时来实现定期功能，它作用为：对于延时很短，规定在us级，采用“_nop_”函数，这个函数相称汇编NOP指令，延时几微秒。NOP指令为单周期指令，可由晶振频率算出延时时间，对于12M晶振，延时1uS。对于延时比较长，规定在不不大于10us，采用C51中循环语句来实现。

第五章 电路设计及成果
如图5-1为本设计总体电路原理图，该图是采用Altium Designer电子线路绘图软件完毕，图中各种元器件都是依照设计电路严格选定，并且其参数大小跟设计电路完全一致。图5-2为无火焰时实物显示，图5-3为有火焰时实物显示。
图5-1 总体电路原理图

图5-2 无火焰时实物显示

图5-3 有火焰时实物显示
现象：当给板子供板子时候，蜂鸣器不响，液晶显示“TEST……..Safe”，LED灯不亮。当浮现火焰时蜂鸣器响进行报警，液晶显示“TEST……..Fire”，LED红灯亮。

第六章 总结
本次课程设计对于咱们有很大协助，大学已经度过了三年，但是咱们还只是停留在理论学习上。但通过本次课程设计，使我对《模仿电子技术》这门课程有了更进一步理解。《模仿电子技术》是一门实践性较强课程，为了学好这门课程，必要在掌握理论知识同步，加强软件实践。一种人力量是有限，要想把课程设计做更好，就要学会参照一定资料，小组共同努力，让思想有机结合起来，得出实验成果。
在这个过程中，咱们也曾经由于仿真失败而纠结。但成果还是很给力，虽然这只是一次极简朴课程制作，可是平心而论，也耗费了我不少心血，这就让我不得不佩服开发技术前辈，才意识到老一辈对咱们社会付出，为了人们生活更美好，她们为咱们社会所付出多少心血啊！
知识上收获重要，精神上丰收更加可喜。让我懂得了学无止境道理。咱们每一种人永远不能满足于既有成就，人生就像在爬山，一座山峰背面尚有更高山峰在等着你。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次课程设计必将成为我人生旅途上一种非常美好回忆！
通过这次课程设计咱们对于专业课学习有了更加深刻结识，觉得当前学知识用不上就加以怠慢，等到想用时候却发现自己学习本来是那么不夯实。后来努力学好每门专业课，让自己拥有更多知识，才干解决更多问题！

参照文献
[1] 王国玉，管莉.电子线路CAD与实训[M].北京：电子工业出版社，
[2] 林海汀.电子工艺技术与实践[M].北京：机械工业出版社，
[3] 郭天祥.新概念51单片机C语言教程：入门、提高、开发、拓展全攻略[M].北京：电子工业出版社，
[4] 黄勤.单片机原理及应用[M].北京：清华大学出版社，
[5] 集成电路数据手册查询网：

附 件
~~~~~~~完整程序~~~~~~~
#include <reg51.h>
#include <intrins.h>

typedef unsigned char BYTE;
typedef bit BOOL;

int i,j,display=0,t02s;
sbit LCD_RS = P2^5;
sbit LCD_RW = P2^6;
sbit LCD_EP = P2^7;
sbit warning = P3^2;
sbit beep = P3^4;
//////////////显示数组
BYTE code dis1[] = {" WELCOME TO "};
BYTE code dis2[] = {"3W.auto-ctrl.COM"};
BYTE code dis3[] = {" TEST...... "};
BYTE code dis5[] = {"WWW.auto-ctrl.COM"};
BYTE code Fire[] = {"Fire "};
BYTE code Safe[] = {"Safe "};

void flash();
void delay(int ms)
{ // 延时子程序
while(ms--)
{
for(i = 0；i< 250；i++)
{
_nop_();
}
}
}

BOOL lcd_bz()
{ // 测试 LCD 忙碌状态
BOOL result;
LCD_RS = 0;
LCD_RW = 1;
LCD_EP = 1;
_nop_();
result = (BOOL)(P0 & 0x80);
LCD_EP = 0;
return result;
}

void lcd_wcmd(BYTE cmd)
{ // 写入指令数据到 LCD
while(lcd_bz());
LCD_RS = 0;
LCD_RW = 0;
LCD_EP = 0;
_nop_();
P0 = cmd;
_nop_();
LCD_EP = 1;
_nop_();
LCD_EP = 0;
}

void lcd_pos(BYTE pos)
{ //设定显示位置
lcd_wcmd(pos | 0x80);
}

void lcd_wdat(BYTE dat)
{ //写入字符显示数据到 LCD
while(lcd_bz());
LCD_RS = 1;
LCD_RW = 0;
LCD_EP = 0;
P0 = dat;
_nop_();
_nop_();
LCD_EP = 1;
_nop_();
_nop_();
LCD_EP = 0;
}

void lcd_init()
{ //LCD 初始化设定
lcd_wcmd(0x38)； //16*2 显示，5*7 点阵，8 位数据
delay(1);
lcd_wcmd(0x0c)； //显示开，关光标
delay(1);
lcd_wcmd(0x06)； //移动光标
delay(1);
lcd_wcmd(0x01)； //清除 LCD 显示内容
delay(1);
}

main()
{
BYTE i;
int j=0;
lcd_init()； // 初始化 LCD
delay(10);
lcd_wcmd(0x06)； //向右移动光标
while(1)
{
switch(display)
{
case 0:
{
i=0;
while(dis2[ i ] != '\0')
{
lcd_pos(0x80+i);
lcd_wdat(dis2[i]);
i++;
delay(300)；
}
flash();
lcd_wcmd(0x01)；//清除 LCD 显示内容
delay(20)；//控制两屏转换时间
display = 1；
lcd_wcmd(0x06)；//向右移动光标
}
break;
case 1:
{
delay(300);
i = 0；
while(dis1[i] != '\0')
{ //显示字符" "
lcd_pos(0x8A+i)；//设立显示位置为第一行第 17 列
lcd_wdat(dis1[i])；
i++；
}
delay(300);
i = 0;
while(dis5[i] != '\0')
{
lcd_pos(0x4f+i)；//设立显示位置为第一行第 17 列
//显示字符" "
lcd_wdat(dis5[i])；
i++；
}
delay(300)；
for(j=0;j<16;j++) //向左移动 16 格
{
lcd_wcmd(0x18)；//字符同步左移一格
delay(800)；//控制移动时间
}
display=2;
}
break;
case 2:
{
flash();
delay(1000);
lcd_wcmd(0x01)；//清除 LCD 显示内容
delay(20)；//控制两屏转换时间
display = 3；
lcd_wcmd(0x06)；//向右移动光标
}
break;
case 3:
{
i=0;
while(dis3[ i ] != '\0')
{
lcd_pos(0x80+i);
lcd_wdat(dis3[i]);
i++;
delay(30);
}
display=4；
}
break;
case 4:
{
if(warning == 0) //有光照时传感器输出低电平
{
//delay(300);
if(warning == 0)
{
i=0;
while(Fire[ i ] != '\0')
{
lcd_pos(0x43+i);
lcd_wdat(Fire[i]);
i++;
delay(30);
}
for(i=0;i<3;i++)
{
beep = 0;
delay(200);
beep = 1;
delay(200);
}
}
}
//////////////////////////////////////////
if(warning == 1)
{
// delay(300);
if(warning == 1)
{
i=0;
while(Safe[ i ] != '\0')
{
lcd_pos(0x43+i);
lcd_wdat(Safe[i]);
i++;
delay(30);
}
beep = 1;
// delay(300)；
}
}
}
break;
default:
break;
}
}
}
void flash()
{
for(i=0;i<12;i++)
{
delay(600)；//控制停留时间
}
lcd_wcmd(0x08)；//关闭显示
for(i=0;i<12;i++)
{
delay(200);
}
lcd_wcmd(0x0c)；
for(i=0;i<12;i++)
{
delay(200);
}
lcd_wcmd(0x08)；
for(i=0;i<12;i++)
{
delay(200);
}
lcd_wcmd(0x0c)；
for(i=0;i<12;i++)
{
delay(200);
}
}